全基因组测序揭示益生菌制剂对抗霉菌毒素的机制
时间:
2024-02-06
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全基因组测序揭示益生菌制剂对抗霉菌毒素的机制


文章梗概


真迈生物用户俄罗斯南部联邦大学在Agriculture期刊上发表题为“Development of Synbiotic Preparations That Restore the Properties of Cattle Feed Affected by Toxin-Forming Micromycetes”的研究成果。研究人员开发了一种含有两种地衣芽孢杆菌株的益生菌制剂,用于减少牛饲料的采收后受到霉菌毒素的有害影响。采用GenoLab M测序对这株菌的基因组进行了测序,分析其生物活性次级代谢产物的合成潜力。动物实验发现,益生菌制剂的引入消除了霉菌毒素对母牛犊体重增加的负面影响,使其恢复到了对照组的水平。进一步分析,发现这两株菌的抗霉菌毒素活性与其基因组中内酯酶基因有关。抗菌和生物活性代谢物,例如lichenicidin和lichenisin也有助于发挥益生效应。该研究为开发新的益生菌制剂对抗霉菌毒素污染指明了方向。


背景介绍

霉菌毒素是由霉菌合成的有毒次级代谢产物,比如黄曲霉毒素和玉米烯酮,霉菌毒素不仅会降低动物的肉质,还会累积到肉制品中,将损害消费者的健康。添加产乳酸的益生菌可以降低饲料中霉菌毒素的影响,而使用芽孢杆菌作为益生菌的研究并不多。在调节动物和人类的健康及其肠道微生物群方面,最有前景的方法是联合使用益生菌和益生元,既可以单独添加,也可组合为合生元使用。合生元不仅是益生菌和益生元的混合物,某些成分也能有协同作用。此外,霉菌毒素的成分中含有内酯环,可以被某些具有内酯酶活性的酶催化开环而降低毒性。


为探究芽孢杆菌对受到霉菌毒素污染食物喂养母牛犊的影响,研究人员研发了一种基于益生菌——芽孢杆菌和植物基质的合生元制剂,可以减少牛饲料采收后霉菌毒素的有害影响。然后对具有内酯酶活性的菌株进行基因组测序,解析发挥益生菌活性代谢物合成基因簇,筛选合生元制剂的最佳底物,并探究合生元制剂对牛生理参数的影响。


*以下为该研究成果解读

结果概要


01 菌株的遗传特性

在这两种菌株中,未发现对目前使用的抗生素具有耐受性的遗传元件。基于Antismash v 6.0.0算法的搜索结果,鉴定了非核糖体合成与核糖体合成翻译后修饰肽的次级代谢物的基因簇,这些次级代谢物lichenicidinlichenisin通过调节微生物组成来发挥益生菌的活性。


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02 最佳底物的挑选

研究人员比较了五种植物性的底物,两株菌均在大豆培养基上的生长最好,生长24小时后生物量均为最高(以OD值衡量)。


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03 合生元制剂对牛生理参数的影响

在霉菌毒素处理组中,体重增长显著减缓,而该处理添加合生元制剂会缓解这种趋势。实验结束时,各试验组血液形态学和生化指标均在正常值范围内。只是碱性磷酸酶出现显著差异,相对于对照组,霉菌毒素处理组,碱性磷酸酶降低,而添加大剂量的合生元制剂后,恢复到对照的水平。


全基因组测序揭示益生菌制剂对抗霉菌毒素的机制


结论


1.根据母牛犊实验,在饲料中添加曲霉毒素导致体重增加减缓,但添加合生元制剂,特别是高剂量,会消除这种负面影响,使其恢复到对照组的水平。

2.两株芽孢杆菌基因组中,发现了抗菌和其他重要生物学活性的化合物的相关基因。它们可能会间接调节瘤胃微生物群的组成来发挥益生菌效应。

3.该研究结果为开发新一代兽药——合生元制剂指明了方向,这不仅将对畜牧业产生系统性的积极影响,还将减少曲霉毒素污染饲料的负面影响。


参考文献

Bren A, Denisenko Y, Prazdnova E, et al. Development of Synbiotic Preparations That Restore the Properties of Cattle Feed Affected by Toxin-Forming Micromycetes[J]. Agriculture, 2023, 13(3): 523.

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